Mýty o SpaceX a raketách Falcon, 1. část – Úvod do problematiky, historie snah o znovupoužitelné rakety
Poslední dobou se pod některými články začaly rojit spekulace a názory na rakety jiných společností. Někdy dosti zavádějící i nepravdivé, a tak jsem si řekl, že by nebylo na škodu na toto téma napsat článek, který se opírá o fakta. Informace tak budou na jednom místě. Toto téma je mi totiž blízké a napsal jsem o podobných záležitostech už vícero článků, ale opakování je matka moudrosti. Článek mi však nabobtnal do takových rozměrů, že je z toho nakonec několik částí. Pojďme si tedy zodpovědět často se opakující otázky a uvést odpovědi na pravou míru. Začneme ale nejdříve v historii, protože k pochopení kontextu je dobré si ji připomenout a mít ji na paměti.
Stále dokola se opakují mínění, že jiné než opětovně použitelné kosmické nosiče nemají šanci v následujícím desetiletí uspět, nebo že je dokonce nemá cenu ani stavět. Jednoduše řečeno podle mnoha názorů nemá v dnešní době cenu vyvíjet raketu, kterou lze použít pouze jednou. Jak je to ale doopravdy? Proč po celém světě ve velkém stále nevznikají opětovně použitelné kosmické rakety? Jednoduše proto, že se to v mnoha případech stále nevyplatí, protože pokud má být provoz opětovně použitelného nosiče rentabilní, je třeba dodržet jistá pravidla, ale nepředbíhejme.
Z historie znovupoužitelnosti
V devadesátých letech 20. století neměla znovupoužitelnost kosmických nosičů zrovna nejlepší pověst a mohly za to především americké raketoplány (STS), ale i sovětský projekt Buran. Ty byly pro mnohé velkým zklamáním, alespoň co se ekonomické stránky týče. Buran byl hřebíčkem do rakve sovětské ekonomiky a raketoplány se původně plánovaným požadavkům ani nepřiblížily. Záměr 50 startů za rok i provoz podobný fungování komerčních aerolinek se ukázal jako příliš ambiciózní na dobu, ve které tento projekt vznikl. Program STS počítal, že se alespoň jednou týdně do kosmu vydá jeden z raketoplánů a start vyjde zhruba na 30 milionů dolarů. Cena se však v reálném provozu neúnosně vyšplhala i přes hranici 1 miliardy dolarů a pro mnohé společnosti se staly raketoplány jednoduše nedostupné. Díky tomu ale například víme, že znovupoužitelnost kosmického systému sama o sobě nestačí k zlevnění letů do vesmíru. Naopak může podobné snažení pěkně prodražit, a to i dnes, kdy je znovupoužitelnost snad nejvíce skloňované slovo soudobé kosmonautiky. A nezmění to ani fakt, že je pro některé fanoušky tento výraz doslova magickou formulí.
29. prosince 1980, raketoplán Columbia během příprav mise STS-1, rampa LC-39A (Foto: NASA)
V Americe byli v začátku programu STS přesvědčení, že klasické rakety na jedno použití již nebudou třeba a prakticky vše bylo vsazeno na raketoplány. Jen díky prozřetelnosti vojenského sektoru, který sice nejdříve sám pozastavil výrobu raket, ale nechal si zadní vrátka pro jejich obnovu, která využil po katastrofě raketoplánu Challenger, a tak byla obnovena výroba a vývoj raket rodiny Titan. Americké letectvo postupem času zvyšovalo nároky na raketoplán, až se původně levný systém stal příliš drahým a v jeho neprospěch hrála i toxicita použitých pohonných látek. Drahý provoz se pro vynášení komerčních nákladů moc nehodil, a tak se zákazníci ohlíželi jinde a alternativ moc nebylo. Na komerčním trhu začal vznikat prostor, který tehdy nejlépe využila ESA (Evropská kosmická agentura) prostřednictvím společnosti Arianespace. Ta měla v provozu čtyřstupňový nosič Ariane 1, který díky faktickému selhání projektu raketoplánů (STS) zaznamenal neočekávaný úspěch. Koncept vynášení dvou družic najednou se osvědčil a ukázal se jako nadčasový. Postupným vývojem navíc dosáhl původní návrh maximálního výkonu, který naplno využila raketa Ariane 4.
Raketa Ariane 4 byla modulární a všestranná raketa. Ukázala se jako ideální pro vynášení komerčních satelitů. Ariane 5 je sice nástupce, ale jedná se o zcela jinou architekturu. (Obrázek: ESA)
Tento překvapivý úspěch dodal evropským partnerům odvahu vybudovat od základů zcela novou silnou raketu, která měla ještě větší ambice a byla schopna vynášet i pilotovanou kosmickou loď na ISS. Tak vznikl zdařilý kosmický nosič Ariane 5, který se v podstatě stal prvním komerční raketou na světě. Zajímavostí je, že i zde bylo uvažováno o používání některých částí opakovaně. Řešily se zejména urychlovací bloky EAP, přičemž existovaly návrhy a studie řešící jejich okřídlený návrat. Mnohem dál se však dostal návrh na záchranu pomocných motorů pomocí padáků. Málokdo dnes ví, že několik pomocných stupňů rakety Ariane 5 bylo tímto způsobem zachráněno pro další studie možné znovupoužitelnosti. Nasbírané zkušenosti ovšem došly k závěru, že se to po finanční stránce zkrátka nevyplatí a jedním z důvodů byl malý počet startů za rok. Dalším důvodem bylo i ověření stavu již použitého hardwaru a zajištění, že vše bude fungovat tak, jak bylo navrženo.
-
- Potápěč ze záchranného týmu přeřezává popruh padáku na zachráněném stupni z mise A503. Trvalo to prý půl hodiny. (Obrázek: ESA/CNES/Arianespace)
-
- Vzácný pohled na pomocný motor rakety Ariane 5, který byl zachráněn pomocí padáků a následně dovlečen do přístavu k dalšímu zpracování. Způsob se ukázal jako nerentabilní. (Obrázek: ESA/CNES/Arianespace)
-
- „Surfovat“ na pomocném motoru rakety se vám nepoštěstí každý den. Každopádně záchrana nebyla podle záznamů vůbec snadná. V této fázi se pomocný motor pomalu potápěl a nebylo jisté, zda se ho podaří přivézt zpět. (Obrázek: ESA/CNES/Arianespace)
Umístění kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně bylo pro agenturu ESA a partnery nespornou výhodou a nutno dodat, že tehdy s výjimkou Číny nikdo nelétal do kosmu levněji. V USA se tedy zkusili vydat čínskou cestu, ovšem ta nakonec vedla k zákazu vývozu amerických technologií za hranice. Mohlo za to několik selhání tamních nosičů s americkými družicemi a následné vyšetřování. Prošetření Americké vlády zjistilo, že informace ve vyšetřovací zprávě byly nezákonně předány do Číny. Satelitní technologie byla následně překlasifikována na munici a zařazena pod omezení ITAR, což blokovalo její vývoz do Číny. V roce 2002 zaplatila společnost Space Systems/Loral 20 milionů dolarů za urovnání obvinění z porušení vývozních kontrol. Cesta k levným čínským raketám se v USA zavřela. Na této situaci léta vydělávala společnost Arianespace, ze které se rázem stal lídr ve vynášení komerčních raket. Ale pozor, dominance na trhu rozhodně nebyla v plánu a též existovala omezení. Například omezený počet startů jednotlivých nosičů. Evropské závody dokázaly vyrobit omezený počet kusů raket Ariane za rok. Počet byl vždy určen už ve fázi vývoje a plánování nosiče. V průběhu let pak třeba mohl být počet drobně navýšen, ale rozhodně ne třeba dvojnásobně. Nebylo tedy žádným tajemstvím, že společnost Arianespace měla roky dopředu vyprodáno. Prakticky nulová konkurence na trhu vedla k malému tlaku na inovace a cenovou politiku a také vytvořila prostředí, kdy se o starty dělilo jen omezené množství společností. To platilo ve světovém měřítku zhruba do roku 2010 a pak se začala situace drasticky měnit. Díky SpaceX narostla konkurence a vytratil se monopol. Zároveň vzrostl tlak na inovace, což bylo rozhodně pozitivní.
Čínská raketa Dlouhý pochod 3B dne 15. února 1996 nesla družici Intelsat 708 a selhala během startu. Jen pár sekund od zahájení letu ostře vybočila z kurzu a narazila do kopce u vesnice Mayelin poblíž místa startu. Bylo to již několikáté selhání s americkou družicí na palubě. Incidenty vedly k zákazu vývozu kosmické techniky do Číny. (Zdroj: Reddit)
Na začátku roku 2014 požádala ESA evropské vlády o dodatečné dotace, aby mohla čelit konkurenci SpaceX. Jinak hrozilo, že si na sebe nosiče nevydělají, a tak bude k udržení kapacity potřeba ještě více dotací ze státních peněz. V konkurenčních nabídkách v průběhu roku 2013 a na začátku roku 2014 SpaceX získalo mnoho zákazníků, kteří by dříve byli téměř jistými klienty evropského konsorcia pro starty Arianespace. Konkurenci však začali vnímat i ostatní.
Tváří v tvář přímé tržní konkurenci ze strany SpaceX, velký americký poskytovatel startů United Launch Alliance (ULA) oznámil v roce 2014 strategické změny s cílem restrukturalizovat své podnikání v oblasti startů. Dvě rodiny nosných raket (Atlas V a Delta IV) měla nahradit nová architektura Vulcan a zároveň měla firma implementovat iterativní a postupný vývojový program s cílem vybudovat v příštím desetiletí částečně znovupoužitelnou a mnohem levnější raketu.
První raketa Vulcan během testování před premiérovým startem (Foto: United Launch Alliance)
Ariane se svými partnery v pozadí vsadila na Ariane 6 s modulárním designem, který ji přinesl úspěch už v minulosti. Ariane 6 tak má s řadou Ariane 4 společného víc než předchozí „pětka“. To, že byla vybrána snadnější cesta a byl zvolen prověřený model, je zkrátka pochopitelné, i když to nebylo nejšťastnější rozhodnutí. To dnes už víme všichni, jenže vývoj na trhu raket a dominanci SpaceX skutečně málokdo předpokládal.
Státy se dohodly na modulární konstrukci rakety Ariane 6, která měla být všestrannější než Ariane 5 a měla být návratem k principu rakety Ariane 4. Z pochopitelných důvodů nikdo tehdy opakované použitelnosti příliš nevěřil. Tehdy ještě nebyly výsledky SpaceX ani technická řešení, ale očekával se nástup konkurence a nový nosič měl být odpověď na předpovídané změny trhu. Psal se rok 2009, ale věci v Evropě nejdou tak rychle, jak bychom si přáli. Léta nebylo jasné, zda se Arianespace pustí do vylepšení rakety Ariane 5 a pokusí se například otevřít nějaké z minulých projektů částečné znovupoužitelnosti, nebo rovnou investuje do zcela nového nosiče. Rozhodnutí padlo až v roce 2014, a to bylo logicky už pozdě.
Umělecká představa rakety Ariane-6. (Obrázek: Airbus Safran Launchers)
Po vyřazení raketoplánů a ukončení programu STS se iniciativa americké kosmonautiky začala stáčet dosud neznámým směrem. Poprvé v historii se státem podporované instituce rozhodly masivně podpořit soukromý sektor, který měl vrátit Američany zpět do hry, tedy do kosmu. Od ukončení programu STS totiž Spojené státy přišly o svůj jediný aktivní pilotovaný kosmický prostředek a poprvé v historii se musely v tomto ohledu spolehnout výhradně na ruskou techniku (rakety a lodě Sojuz). Přišla tedy doba masivní podpory komerčního trhu od amerických státních institucí. Vítězem nových komerčních programů COTS, CRS a Commercial Crew se stala mladá firma SpaceX, která vsadila na inovace.
Tolik krátký úvod do problematiky, která je samozřejmě mnohem složitější a vydala by na samostatný seriál, ale myslím, že to nejdůležitější padlo. V příštích částech článku, které budou vycházet vždy ve čtvrtek, se už podíváme na první sérii konkrétních otázek a odpovědí týkajících se konkurence SpaceX…
Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!
Podpořte projekt ElonX
,,Koncept vynášení dvou družic najednou se osvědčil a ukázal se jako nadčasový.”
To není úplně pravda. Vynášení dvou družic najednou má z principu velké nevýhody. Je kupříkladu vždy potřeba spárovat družice které budou posléze operovat na velmi podobné dráze. Také by měli mít podobnou hmotnost a rozměry. Ideálně stavět tyto družice společně již z předurčením pro takovíto let. Někdy se to hodí, někdy ne. Nikde navíc není psáno, že cena dvou malých raket je vyšší než jedné rakety velké. V neposlední řadě, je velká nevýhoda, že při případné havárii přijdete o obě družice. Ostatně ESA používala slabší Sojuz 2.1a (Sojuz ST-A) a Sojuz 2.1b (Sojuz ST-B). Avšak tyto Sojuzy uměli také vynést dvě družice najednou 🙂
Niekedy som si tiež myslel že znovu použiteľnosť je super a mali by sa o to snažiť všetci. Ale bola to len nevedomosť čo viedla k tejto myšlienke. Teraz už viem že nie vždy sa to vyplatí a občas aj jedno použitie stačí. Len sa treba zmieriť že komerčný trh neprichádza do úvahy a treba sa spoliehať iba na štátne zákazky. Proste ten trh je príliš malý aby sa uživilo viacero znovu použiteľných rakiet. A k tomu raketoplánu. Veľký problém bol že jediné slovo nemala len NASA. Letectvo malo tiež svoje predstavy a namiesto špeciálneho stroja museli spraviť niečo všestranné. Čo samozrejme išlo na vrub ceny a konštrukčnej náročnosti. Bol to úžasný stroj bez ktorého by Hubble nikdy nepriniesol toľko krásnych snímok. Treba len dúfať že sláva nestupne SpaceX do hlavy a budú stále inovovať.
Spacex bude dále inovovat.
Ano, proto vznikla i tato série článků. Názor, že v současnosti pouze opětovná použitelnost má šanci je špatně a nadávání na vše, co není po vzoru SpaceX též. Je dobré si to připomínat. 😉
Protoze by to byla vzdy jen kopie, je treba si najit vlastni cestu. A muze se ukazat, ze ta nova bude jeste lepsi.
Moc hezké Karle, mě se to moc líbilo. 🙂
Díky Jirko, vážím si toho. Snad se budou líbit i další díly.
Hezký článek, přidám pár postřehů:
Před SpaceX na trhu kromě čínských a evropských raket byly ještě také ruské.
Vulcan byl reakcí nejen na konkurenci, ale především na sankce vůči Rusku po anexi Krymu. Kupovat ruské motory už nadále nebylo možné.
Žádná raketa, která není aspoň částečně znovupoužitelná, nedokáže cenově konkurovat raketám od SpaceX. Je to dáno tím, že cena paliva tvoří zlomek ceny celé rakety.
Díky, některé další věci, včetně situace v Rusku se objeví v některém z dalších dílů.